Il controllo della corrente elettronica è essenziale per l'elettronica moderna, poiché dati e segnali vengono trasferiti da flussi di elettroni controllati ad alta velocità. Anche le richieste di velocità di trasmissione sono in aumento con lo sviluppo della tecnologia. I fisici della Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sono riusciti ad attivare una corrente con una direzione desiderata nel grafene utilizzando un singolo impulso laser entro un femtosecondo:un femtosecondo corrisponde alla milionesima parte di un miliardesimo di secondo. Questo è più di mille volte più veloce dei transistor più efficienti di oggi.

Gli scienziati hanno già dimostrato che è possibile guidare gli elettroni con onde luminose nei gas, materiali isolanti e semiconduttori. Così, in linea di principio, è possibile controllare la corrente. Però, questo concetto non è stato ancora applicato ai metalli poiché la luce di solito non può penetrare nel materiale per controllare gli elettroni. Per evitare questo effetto, i fisici nei gruppi di lavoro del Prof. Dr. Peter Hommelhoff e del Prof. Dr. Heiko Weber hanno utilizzato il grafene, un semimetallo costituito da un solo strato di atomi di carbonio. Anche se il grafene è un ottimo conduttore, è abbastanza sottile da lasciare che un po' di luce penetri nel materiale e sposti gli elettroni.

Per i loro esperimenti, gli scienziati hanno sparato impulsi laser estremamente brevi con forme d'onda appositamente progettate sul grafene. Quando queste onde luminose colpiscono il grafene, gli elettroni all'interno sono stati scagliati in una direzione, come un colpo di frusta. "Sotto intensi campi ottici, una corrente è stata generata in una frazione di un ciclo ottico, un mezzo femtosecondo. Era sorprendente che, nonostante queste enormi forze, la meccanica quantistica gioca ancora un ruolo chiave, " spiega il dott. Takuya Higuchi della cattedra di fisica laser, il primo autore della pubblicazione.

I ricercatori hanno scoperto che l'attuale processo di generazione nel grafene segue una complicata meccanica quantistica. Gli elettroni viaggiano dal loro stato iniziale allo stato eccitato da due percorsi piuttosto che uno, simile a una strada biforcuta che conduce alla stessa destinazione. Come un'onda, gli elettroni possono dividersi al bivio e fluire su entrambe le strade contemporaneamente. A seconda della fase relativa tra le onde di elettroni divisi, quando si incontrano di nuovo, la corrente può essere molto grande, o non presente affatto. "È come un'onda d'acqua. Immagina un'onda che si infrange contro un muro di un edificio e scorre contemporaneamente a sinistra e a destra dell'edificio. Alla fine dell'edificio, entrambe le parti si incontrano di nuovo. Se le onde parziali si incontrano al loro apice, ne risulta un'onda molto grande e la corrente scorre. Se un'onda è al suo apice, l'altro nel punto più basso, i due si annullano a vicenda, e non c'è corrente, " dice il Prof. Dr. Peter Hommelhoff della Cattedra di Fisica Laser. "Possiamo usare le onde luminose per regolare il modo in cui gli elettroni si muovono e quanta elettricità viene generata".

I risultati sono un altro passo importante nell'unione di elettronica e ottica. Nel futuro, il metodo potrebbe aprire una porta alla realizzazione di elettronica ultraveloce operante a frequenze ottiche.